TARIMSAL BYOTEKNOLOJ Biyoteknoloji Biyoloji Kimya Biyokimya Genetik Mhendislii
TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ
Biyoteknoloji Biyoloji Kimya Biyokimya Genetik Mühendisliği Kimya Mühendisliği Mühendislik Uygulama Alanları • Tarım • Sağlık • Endüstri • Gıda • Çevre Kullanılan Araçlar • Moleküler biyoloji • Biyoinformatik • Genetik • Matematik • Bilgisayar bilimleri • vb.
• Biyoteknolojinin, M. Ö. 6000 yıllarında Sümerlerin ve Babillerin fermantasyon tekniği kullanarak bira yapmaya başlaması ve M. Ö. 4000 yıllarında Mısırlıların ekmek mayası kullanmalarıyla ortaya çıktığı kabul edilmektedir. • Yoğurt, ekmek, peynir, antibiyotikler, alkoller, organik asitler, gibi diğer ürünler izlemiştir
• DNA’nın yapısı ve taşıdığı genetik kodun çözülmesinden sonra birçok biyolojik sırrın DNA’nın baz diziliminde saklı olduğu anlaşılmış ve moleküler düzeyde çalışmalar başlamıştır.
• Biyoteknoloji, organizmaların veya onların bileşiklerinin pratik uygulamaları ile ilgilenmektedir. • Tarihsel olarak biyoteknoloji, bilimsel çalışmalar ile birlikte bir sanatı, şarapların, biraların ve peynirlerin üretimi ile de ilgilenirdi. • Günümüzde bir seri ileri teknolojileri olan biyoloji, kimya ve mühendislikler ile ilgilenmektedir.
• Günümüzdeki uygulamalar; yeni ilaçların üretimi, transgenik bitki ve hayvanların elde edilmesi, biyolojik yakıt elde edilmesi, gen terapileri ve çevre kirliliğini önlemeyi içeren çok farklı araştırma alanlarını kapsamaktadır.
Biyoteknolojinin Tarihçesi • Biyoteknoloji kavramı, ilk kez 1919 yılında Karl Erkey tarafından kullanılmıştır. • Biyoloji ve teknoloji alanındaki gelişmeler biyoteknoloji kavramının kapsamını genişletmiştir.
BİYOTEKNOLOJİ NEDİR? 1 Biyolojik araştırmalara dayalı teknolojiler 2 Biyolojik araç, sistem ve süreçlerin üretim ve hizmet endüstrilerine uygulanması 3 Temel bilimlerin ve mühendislik ilkelerinin, ham maddelerin biyolojik araçlar yardımı ile ürünlere dönüştürüldüğü süreçlere uygulandığı bir teknoloji 4 İnsan yararı için canlı organizmaların, hücre veya hücresel bileşenlerin yeni bileşiklerin üretimi için kullanımı, canlı organizmaların genetik iyileştirilmesi ve hayvanların verim seviyelerinin arttırılması için kullanılan teknolojiler
• Biyoteknoloji tarihsel süreç içinde üç döneme ayrılmaktadır – Geleneksel dönem – Ara dönem – Modern biyoteknoloji
• 1919 ve 1939’lu yılları kapsayan ‘geleneksel dönem’deki bilgi birikimi ve teknolojiyle biyolojik sistemler (bakteri, maya, mantar), herhangi bir değişime tabi tutulmaksızın ekmek, peynir, yoğurt, alkol vb. maddelerin üretilmesinde kullanılmıştır.
• 1940’lı ve 1973’li yılları kapsayan ‘ara dönem’de genomların da köklü bir değişiklik yapılmaksızın, biyolojik sistemlerin endüstride kullanım alanları genişletilmiş sınırlı tekniklerle fermantasyon teknolojisi kullanarak antibiyotik, enzim, protein ve organik asitler vb. maddelerin üretimi geliştirilmiştir.
• 1973 ve sonrası ‘modern biyoteknoloji dönemi’ gelişmiş ve modern tekniklerin biyolojik sistemlere uygulanmasına ilişkin çalışmaları kapsamaktadır. Böylece, mutasyonlar ya da rekombinant DNA teknolojisi yardımıyla oluşturulan mutantlar veya transgenik organizmalar, endüstride ve diğer alanlarda yoğun biçimde kullanılmaya başlanmıştır.
• Bu bağlamda 20. Yüzyılın son yıllarında biyoteknoloji, uygulamalı ve disiplinler arası bir alan olarak tanımlanmaktadır. • Bu gelişmelere paralel olarak 1982 yılında OECD tarafından biyoteknolojinin tarifi yapılmıştır. Buna göre “Biyoteknoloji; temel bilimlerin ve mühendislik ilkelerinin, hammaddelerin biyolojik araçlar yardımı ile ürünlere dönüştürüldüğü süreçlere uygulandığı bir teknolojidir” Biyolojik Çeşitlilik Çerçeve Sözleşmesi (BM-1992): Biyolojik sistemler, canlı organizmalar veya bunların türevlerinin özel amaçlarla ürün ya da işleme tekniklerinde kullanıldığı teknolojik uygulamalar bütünüdür.
Tarımda Biyoteknolojinin amaçları; ü Hayvansal ve bitkisel ürünlerin verim ve kalitesinin artırılması üHastalıklara ve kötü çevre şartlarına dirençli türlerin geliştirilmesi üRekombinant aşıların ve farmasötik moleküllerin geliştirilmesi (çeşitli hayvan aşıları ve insanlarda kullanılan bazı ilaçların bitkisel ve hayvansal üretim sistemlerinde üretilmesi) üHastalıkların tanı ve tedavisi üGen kaynaklarının korumaya alınması üGıdaların miktar ile kalitesinin artırılması ve raf ömrünün uzatılması üFermante ürünler için kültürlerin geliştirilmesi ve patojen kontrolü
Tarımsal Biyoteknoloji: Kapsam: · Rekombinant DNA teknolojileri ve mikrobiyal biyoteknoloji. • Biyotik ve abiyotik stres koşullarına dayanıklılık, • Kalite ve yüksek verimli bitki ve hayvanların geliştirilmesinde kullanılan biyoteknoloji uygulamaları, • Genetiği değiştirilmiş bitki ve hayvanlar. • Biyoyakıt ve ilaç endüstrisi için ürün geliştirme. • Biyogüvenlik ve yasal düzenlemeler.
Bitki Biyoteknolojisi 1. Bitki Biyoteknolojisi Uygulama Alanları -Sitogenetik ve Doku kültürü uygulamaları -Gen Bankası, Biyoçeşitlilik, Moleküler Genetik Uygulamaları ve Biyoinformatik -Laboratuvar düzeni, besin ortamları ve kültür şartları -Bitki ıslahı ve tohum teknolojisinde moleküler genetik uygulamalar 2. Doku Kültürünün Temel Araştırmalarda, Islahta ve Ticari Uygulamaları -Organogenesis ve somatik embriyogenesis -Protoplast kültürü ve somatik melezleme -Mikroçoğaltım ve haploid bitki üretimi -Hastalıksız bitki üretimi, -Sekonder metabolit üretimi 3. Bitki Transgen Teknolojisinde Kullanılan Yöntemler -Klonlama (Rekombinant DNA) -Gen aktarımı -YAC ve BAC kütüphaneler (maya ve bakteri yapay kromozom) -Vektörler (Mikrobiyolojik)
Bitki Biyoteknolojisi 1. Bitki Biyoteknolojisi Uygulama Alanları -DNA, genom -Genetik markörler ve analiz yöntemleri 2. Bitkilerde Biyotik/Abiyotik Strese Dayanıklılık Fizyolojisi -Stres faktörleri (hastalık-zararlı-yabancı ot/sıcaklık-kuraklık-tuzluluk) -Dayanıklılık mekanizmaları -Genetik mühendisliği ve stres 3. Pratiğe Aktarılan Bitki Biyoteknolojisi Uygulamaları, Ahlâki ve Hukuki Yönler -Genetiği değiştirilmiş bitkiler -Biyoyakıt ve ilaç endüstrisi -Patent sistemi, ıslahçı hakları ve biyogüvenlik
Hayvancılıkta Biyoteknoloji 1. Biyoteknolojinin Hayvancılıkta Kullanım Alanları -Hayvan ıslahı -Üreme performansı -Ürün miktarı ve kalitesinin artırılması -Hayvan besleme -Hayvan sağlığı 2. Üreme Biyoteknolojileri -Suni tohumlama -Senkronizasyon, süperovulasyon, ET -IVP -Cinsiyet tayini -Cryopreservasyon 3. Klonlama, Transgenik Hayvan ve Aşı Üretimleri -Klonlama -Transgenik hayvan üretimi -Aşılar, xenotransplantasyon, farmasötik ürünler
Enzim ve Mikrobiyal Biyoteknoloji 1. Rekombinant Enzim Teknolojisi -Rekombinant proteinler -Rekombinant enzim üretimi -Tarım ve teknolojide kullanılan rekombinant enzimler 2. Mikrobiyal Biyoteknoloji -Mikrobiyal enzimler -Bakteriyel transformasyon -Gıda teknolojisinde kullanılan mikroorganizmalar -Bitki ve hayvan sağlığında mikroorganizmalar 3. Biyosensörler ve Biyolojik Silahlar -Biyosilah olarak mikroplar -Enzim tabanlı biyosensörler -Mikrobiyal biyosensörler
• Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği çoğu zaman aynı anlamda kullanılır. • Oysa genetik mühendisliği genetik materyaldeki çeşitlendirmeleri ve değişiklikleri ifade ederken, biyoteknoloji, biyolojik bir sistemin ya da yapının endüstriyel boyutta kullanılması yoluyla üretim anlamına gelir.
• Biyoteknoloji, gen mühendisliği yöntemlerini sadece bir araç olarak kullanır. • Bu yolla transgenik hayvanlar elde edilmiştir. • Genetik olarak üstün hayvanlar elde etmek için suni tohumlama, embriyo transferleri ve embriyo veya hücre çekirdeğine mikroenjeksiyon ile gen transferi ve klonlama teknikleri uygulamaya geçmiştir
• Bu yolla ekonomik değeri olan aynı zamanda sağlık açısından önemi olan ürünler üreten transgenik organizmalar elde etme çalışmaları yoğun bir ilgi görmüş ve büyük bir endüstri dalı haline gelmiştir.
• Aynı zamanda önemli proteinler üreten rekombinant mikroorganizmalar elde edilmiş ve elde edilen ürünler piyasaya arz edilmiştir.
Pazarlanan bazı biyoteknolojik ürünler ve dünya ekonomisindeki pazar payları
• Doğal proteinler olarak bilinen somatotropinler veya büyüme hormonları, hayvanların tükettikleri yemi süte veya ete (kasa) çevirmelerine yardımcı olurlar. • Rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak büyüme hormonları üreten bakteriler geliştirilmiştir. • Çok miktarda elde edilen rekombinant büyüme hormonları memeli hayvanların metabolizmasını değiştirmede kullanılmaktadır.
• In vitro şartlarda elde edilen büyüme hormonu ineklere (12 -50 mg) buzağılamadan 10 -12 hafta sonra 3 -6 ay süreyle verildiğinde – laktasyon süt verimlerinde %22 -41 arasında bir artış olduğu ve – yemden yararlanmanın %12 -14 oranında arttığı • gözlenmiştir
• Peynir yapımında kullanılan ve daha önceleri süt emme aşamasında olan kuzu ve buzağıların midelerinden elde edilen kimozin enzimi (rennet veya rennin), günümüzde rekombinant DNA teknolojisi ile mikroorganizmalara ürettirilmektedir. • Üretilen peynirlerin yaklaşık %60’nda rekombinant kimozin enzimi kullanılmaktadır
• Laktozsuz süt elde etmek amacıyla mikroorganizmalardan laktaz enzimi elde edilmektedir. • Sütün bu enzim ile muamele edilmesi sonucunda süt şekeri laktoz, glükoz ve galaktoza parçalanarak; laktoza duyarlı olan kişiler üzerindeki olumsuz etkileri kaldırılmaktadır.
- Slides: 28